铝合金先进焊接工艺

铝合金先进焊接工艺时间：2008-10-1709:04:12来源：作者：一、铝合金焊接的特点铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50%以上。铝合金焊接有几大难点：①铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3其熔点为2060℃)，这就需要采用大功率密度的焊接工艺；③铝合金焊接容易产生气孔；④铝合金焊接易产生热裂纹；⑤线膨胀系数大，易产生焊接变形；⑥铝合金热导率大(约为钢的4倍)，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2～4倍。因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。二、铝合金的先进焊接工艺针对铝合金焊接的难点，近些年来提出了几种新工艺，在交通、航天、航空等行业得到了一定应用，几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点，焊后接头性能良好，并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。1.铝合金的搅拌摩擦焊接搅拌摩擦焊FSW(FrictionStirWelding)是由英国焊接研究所TWI(TheWeldingInstitute)1991年提出的新的固态塑性连接工艺。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位，通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦，摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使焊件压焊在一起。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化，是一种固态连接过程，故焊接时不存在熔焊的各种缺陷，可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料，如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000系列(Al-Cu)、5000系列(Al-Mg)、6000系列(Al-Mg-Si)、7000系列(Al-Zn)、8000系列(Al-Li)等。国外已经进入工业化生产阶段，在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20m的结构件，美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成，焊缝区晶粒细化，无熔焊的树枝晶，组织细密，热影响区较熔化焊时窄，无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷，综合性能良好。与传统熔焊方法相比，它无飞溅、烟尘，不需要添加焊丝和保护气体，接头性能良好。由于是固相焊接工艺，加热温度低，焊接热影响区显微组织变化小，如亚稳定相基本保持不变，这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小，对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比，它可不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜，并在48h内进行加工，而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可，并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点：①铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊；②焊件夹持要求高，焊接过程中对焊件要求加一定的压力，反面要求有垫板；③焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞，一般需要补焊上或机械切除；④搅拌头适应性差，不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头，且搅拌头磨损快；⑤工艺还不成熟，目前限于结构简单的构件，如平直的结构、圆形结构。搅拌摩擦焊工艺参数简单，主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。2.铝合金的激光焊接铝及铝合金激光焊接技术(LaserWelding)是近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。激光焊接铝合金有以下优点：①能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大；②冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好；③与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本；④不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生X射线；⑤可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；⑥激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。现在应用的激光器主要是CO2和YAG激光器，CO2激光器功率大，对于要求大功率的厚板焊接比较适合。但铝合金表面对CO2激光束的吸收率比较小，在焊接过程中造成大量的能量损失。YAG激光一般功率比较小，铝合金表面对YAG激光束的吸收率相对CO2激光较大，可用光导纤维传导，适应性强，工艺安排简单等。在焊接大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。铝及铝合金的激光焊接难点在于铝及铝合金对辐射能的吸收很弱，对CO2激光束(波长为10.6μm)表面初始吸收率1.7%；对YAG激光束(波长为1.06μm)吸收率接近5%。铝型材的表面处理三大方式的优劣分析时间：2008-10-1709:04:56来源：作者：铝型材的表面处理方式大体存在着阳极氧化、电泳涂装及粉末喷涂三种处理方式，每一种方式都各有优势，占有相当的市场份额。粉末喷涂存在着以下几点显著优势：1、工艺较为简单，主要得益于生产过程中主要设备的自动精度的提高，对一些主要的技术参数已经可以实现微电脑控制，有效地降低工艺操作难度，同时辅助设备大为减少；2、成品率高，一般情况下，如果各项措施得当，可最大限度地控制不合格品的产生；3、能耗明显降低，在普通的阳极氧化、电泳涂装的生产过程中，水、电的消耗是相当大的，特别是在氧化工序。整流机的输出电流可达到8000~11000A之间，电压在15~17.5V之间，再加上机器本身的热耗，需要不停地用循环水进行降温，吨电耗往往在1000度左右，同时辅助设施的减少也可以降低一些电耗；4、对水、大气的污染程度降低，片碱、硫酸及其它液体有机溶剂的不再使用，减少水及大气污染，也有效地提高铝型材与作为环保产品的塑钢型材的竞争实力，相应地减少了一些生产成本；5、工人的劳动强度明显降低，由于采用自动化流水线作业，上料方式以及夹具的使用方式已经得到明显简化，提高了生产效率，也降低了劳动强度；6、对毛料的表面质量要求标准有明显降低，粉末涂层并且可以完全覆盖型材表面的挤压纹，掩盖一部分铝型材表面的瑕疵，提高铝型材成品的表面质量；7、涂膜的一些物理指标较其他表面处理膜有明显提高，如硬度、耐磨性、耐酸性，可有效地延长铝型材的使用寿命。粉末喷涂采用的是粉末涂料，工艺上采用的是静电喷涂，利用磨擦喷枪的作用，在加速风的影响下，使粉末颗粒喷出枪体时携带正电荷，与带负电荷的型材接触，产生静电吸附，然后经过高温固化。也增强了涂料的吸附强度，防止漆膜脱落。从工艺本身来看，具有相当高的科技成分，调配颜色各异的涂料，产生不同色系的装饰效果，更加符合室内装饰的需要，也是与铝型材在建筑业的应用向室内发展的趋势相一致的。特别是喷涂型材与隔热断桥的联合使用，使其更具有更时尚的潮流，使粉末喷涂型材具有了更大的发展空间，也是其他处理方式生产出来的型材所无法替代的铝材焊接的标准时间：2008-10-1709:05:30来源：作者：焊接方法：几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊(TIG或MIG)方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛(氩气或氩/氦混合气)焊前准备1、焊前清理：铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污;1)化学清洗化学清洗效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。可用浸洗法和擦洗法两种。可用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油，用40℃～70℃的5%～10%NaOH溶液碱洗3min～7min(纯铝时间稍长但不超过20min)，流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗1min～3min，流动清水冲洗，风干或低温干燥。2)机械清理:在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随后直接用直径为0.15mm～0.2mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。清理后如存放时间过长(如超过24h)应当重新处理。2、垫板:铝合金在高温时强度很低，液态铝的流动性能好，在焊接时焊缝金属容易产生下塌现象。为了保证焊透而又不致塌陷，焊接时常采用垫板来托住熔池及附近金属。垫板可采用石墨板、不锈钢板、碳素钢板、铜板或铜棒等。垫板表面开一个圆弧形槽，以保证焊缝反面成型。也可以不加垫板单面焊双面成型，但要求焊接操作熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等先进工艺措施。3、焊前预热:薄、小铝件一般不用预热，厚度10mm～15mm时可进行焊前预热，根据不同类型的铝合金预热温度可为100℃～200℃，可用氧一乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热可使焊件减小变形、减少气孔等缺陷。焊后处理(1)焊后清理焊后留在焊缝及附近的残存焊剂和焊渣等会破坏铝表面的钝化膜，有时还会腐蚀铝件，应清理干净。形状简单、要求一般的工件可以用热水冲刷或蒸气吹刷等简单方法清理。要求高而形状复杂的铝件，在热水中用硬毛刷刷洗后，再在60℃～80℃左右、浓度为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗5min～10min，并用硬毛刷洗刷，然后在热水中冲刷洗涤，用烘箱烘干，或用热空气吹干，也可自然干燥。(2)焊后热处理铝容器一般焊后不要求热处理。铝合金挤压材涂层生产工艺－电粉末喷涂时间：2008-10-1709:06:08来源：作者：20世纪60年代，电粉末喷涂在欧洲首先开发成功，共工艺流程大致是：铝材表面预处理并且干燥之后入喷粉室，在强电场中通过粉末喷枪，将带负电荷的树脂粉末均匀喷涂到铝材表面，并可以这到一定厚度，最后进入固化炉加热固化。（1）预处理。表面预处理是喷涂质量的关键，其中化学转化处理更加重要。预处理可采取浸槽式，也可用喷淋式。浸槽式可在原氧化生产线上增加槽体实现，具有投资少的优点。喷涂式大都采用立式，具有占地面积小，药品消耗少，人为影响小等优点。预处理工艺如下：常规工艺流程：预脱脂－脱脂－水洗－水洗－表调（酸洗去氧化物）－水洗－水洗－化学转化－水洗－纯水洗－烘干。新工艺流程：脱脂酸洗－水洗－化学转化－水洗－纯水洗－烘干。目前采用新工艺流程较多，将脱脂与酸洗合二为一，流程简便效果也好。化学转化膜主要有3种：铬化膜、磷铬化膜和无铬膜。铬化膜最为常用，无铬膜虽有环保优势，但质量差异较大，目前还处于起步阶段。预处理时就注意的事项：1）纯水槽的电导率应小于100μs/cm,如这到小于30μs/cm则更好。2）膜厚一般要求在20～1200mg/m2，尽可能控制在400～600mh/m2。生产中定期用“重量法”测定，在线检测时，用颜色深浅可以方便鉴别。3）化学转后需要烘干才能进行喷粉，铬化膜烘干温度小于60℃，磷铬化膜小于85℃。为了加快干燥，可以短时间热水洗，但热水温度应小于60℃。4）预